Кремнезём из отработанных солнечных панелей повысил ёмкость графитового анода в лабораторных ячейках

Исследователи, работающие по южнокорейской программе переработки солнечных панелей, получили наночастицы кремнезёма со средним диаметром 109 нанометров (нм) из силиката натрия, выделенного из порошка отработанных солнечных элементов, сообщает pv-magazine.com. Добавка этих частиц в графитовые аноды повысила ёмкость в лабораторных монетных полуячейках pv-magazine.compv-magazine.compv-magazine.comОткрыть источник ↗. Работа недавно опубликована в International Journal of Electrochemical Science.

Кремнезём из порошка солнечных элементов

Команда провела реакцию кремнийсодержащего порошка элементов из отработавших панелей с гидроксидом натрия и водой и получила раствор силиката натрия. Его использовали как исходное сырьё в модифицированном процессе Штобера: так называют метод, при котором частицы кремнезёма растут в щелочной смеси аммиака и спирта.

В прежних работах кремнезём из силиката натрия, полученного из панелей, в основном осаждали кислотой; по словам авторов, при этом частицы склонны слипаться. Щелочной путь дал сферические частицы с ограниченной агломерацией, без поверхностно-активных веществ и полимерных добавок. Частицы из солнечных отходов в среднем имели размер 109 нм, а частицы из коммерческого силиката натрия при тех же условиях — 97 нм.

Испытания анода в полуячейках

Материал проверили в монетных полуячейках, где испытуемый анод работает в паре с литий-металлическим противоэлектродом. Анод из 95% графита и 5% кремнезёма по массе показал 370,34 мА·ч/г после 100 циклов при 0,1 А/г, тогда как чистый графит — 308,24 мА·ч/г. Кулоновская эффективность первого цикла (доля заряда, возвращённая в первом цикле) у смешанного анода составила 86,17% против 79,14% у графита. При более высоком токе 1,0 А/г смешанный анод сохранил 24,6% ёмкости, примерно вдвое больше, чем графит (12,5%) pv-magazine.compv-magazine.compv-magazine.comОткрыть источник ↗.

Элементный анализ показал в кремнезёме около 4% натрия и менее 1% алюминия от числа измеренных атомов. Авторы связали их с остатками прекурсора и примесями из отходов панелей. По их словам, в готовом электроде такие уровни примесей слишком малы, чтобы заметно влиять на характеристики; при этом они отмечают, что метод измерения полуколичественный.

Кремнезём испытывали в исходном виде, не превращая в кремний, который способен накапливать значительно больше лития. Авторы заявили, что дальнейшая работа должна быть посвящена восстановлению наночастиц до кремния и проверке их как материала кремниевых анодов.

Подобные пути от солнечных отходов к материалам для батарей изучали и в других местах, в том числе исследователи в Австралии в 2023 году. В Южной Корее правила расширенной ответственности производителей для фотоэлектрических модулей, действующие с 2023 года, обеспечили переработку 688 метрических тонн в первый год, более чем вчетверо выше целевого показателя.